永磁無刷直流電機PWM調制方式研究
發布時間:2017-01-19 

  永磁無刷直流電機PWM調制方式研究袁飛雄黃聲華李朗如(華中科技大學,湖北武漢流波動最小,轉矩脈動最小的結論。又提出了一種能量回饋制動的方法,實現了電機制動時能量的回饋。

  1無刷直流電動機模型2PWM調制方式對電流的影響永磁無刷直流電機在忽略凸極效應時,定子三相繞組的自感和互感為常數,與轉子位置無關。這時,以GND為電位,由定子三相變量建立的模型如下:對永磁無刷直流電機,采用120*導通方式時,每一個周期由6個扇區組成,每個扇區各占60*每個開關元件導通120*即在連續的兩個扇區內導通為此,共有3種不同的PWM調制方式:上半橋載波、下半橋載波以及全橋載波下面以反電勢為梯形波且平頂寬度為120*的永磁無刷電機為例,說明不同的載波方式對電樞電流的影響。反電勢波形如所示。假設此時剛好電機由1-2扇區換向到2-3扇區,b,c兩相導通以下的分析都在此區間內進行。

  基于以上等效模型的主電路結構如所示2.1上半橋載波方式電壓方程為:此時中性點電壓為:un=k/2.ud 0,在T3導通時,有如下電壓方程:/2當T3載波時,ti~t2時間內,由于e>> 0,因而此時a相不會通過D1續流;在t2~t3時間內,由于此時ea<0,當T3截止時,un=0,ua=e+un<0,故當T3截止的時候,a相會通過D4續流,并且由于ea幅值越來越大,電流值也越來越大,電流波動的頻率與T3載波頻率相同。由于電機運行當中,截止相也續流導通,導致電機此時處于三相同時導通的狀態,這將引起電機電樞繞組內的電流發生較大的波動此時,a,c兩相電流與中所標電流方向一致,而b相電流則正好相反由b相流出電流分別流入到a,c兩相,因而b相的電流波動此時也較大由此可知,上半橋載波時,如果以中所標電流方向為正向,則各繞組正向電流波動較大同理,在5- 6扇區,當T5載波時,在t4~t5時間內,a相繞組經過D4續流;而在t5~t6時間內,a相繞組不會有電流流過2.2下半橋載波方式在T2進行PWM斬波期間,b,c兩相端電壓方程為:此時中性點電壓為:un=米取這種調制方式,在2- 3扇區的t1~t2時間內,由于ea> 0,因而當T2截止時,a相通過D1續流;在t2~b時間內,則不會通過D4續流與上半橋載波對應,負向電流的波動較大2.3全橋載波方式T2,T3同時進行PWM斬波時,b,c兩相端電壓方程如下:可得中性點電壓為:un= 3扇區內,由于0  總結:以上三種PWM調制方,無論是上半橋斬波或是下半橋斬波,截止相都會產生續流,導致其余兩相電流產生波動電流波動的頻率與斬波頻率一致,且電機轉速越高,電流波動越大如果采用全橋斬波,則始終是兩相導通,截止相不會產生續流,并且電機中性點電壓在電機運行期間始終不會改變,電流波動小,轉矩脈動也較小。雖然在相同的帶寬以及運行工況下,全橋斬波的斬波頻率遠遠高于前兩種斬波方式,損耗也較大,但是,全橋斬波仍不失為一種較好的斬波方式3回饋制動方法及其原理作為推進系統的永磁無刷直流電機,除了要求能夠四象限平穩運行外,制動的時候應該盡量回饋能量,以增加蓄電池的使用時間與電動工況不同,逆變橋的6個開關元件中,上半橋元件始終截止,下半橋的3個元件進行PWM調制,這樣構成一個升壓斬波電路以中的1- 2扇區為例,此時T4進行PWM調制,其它的開關元件全部處于截止狀態,如回饋制動等效電路圖在一個斬波周期內,當T4導通時,由于ea,ec的作用,在a,c兩相繞組以及T4,D2間產生電流ia,當T4關斷時,電流ia經過D1給蓄電池充電。此時電樞繞組內電流方向與電動時相反,可知電磁功率為負,電磁轉矩為制動轉矩,蓄電池為吸收功率,電動機將機械能量轉換為電能回饋給電池回饋制動的實質,就是在T4管導通的時候,電動機的機械能轉換為磁場能量儲存在電機繞組中;在T4截止的時候,將電動機的機械能以及儲存在電機繞組中的磁場能量轉換為電能,經電感升壓斬波的作用,將能量回饋給蓄電池由于電樞電流方向與反電勢方向相反,因而電機發出功率,獲得制動轉矩,從而實現電機的制動。

  4計算機仿真分析用不同的PWM調制方式對一臺永磁無刷直流電機進行了仿真分柝給定電流為20A,電源電壓ud=400V,R= 0.02幻,0.ImH在上半橋,下半橋以及全橋載波的工況下,電流波形分別如下所示由三圖可以看出,上半橋或下半橋載波方式下,由于截止相的續流作用,使得電機正常導通相的電流每60*都有一次較大的波動。上半橋載波時,流入相繞組的電流波動較大;下半橋載波時,電流波動較大,全橋載波時,電流波動明顯比前兩種方式小,因而轉脈波動也小得多,從而證明了前面的分柝全橋載波在電動狀態下有更小的波動電流,是一種較為理想的載波方式制動電流設置為30A在電機起動正常運行0. 5秒之后馬上進入制動狀態分別為電機由起動到制動時a相電流以及轉矩、轉速波形。其中,在電動時PWM調制方式為下半橋載波,從靜止運行0.5秒之后,轉入制動狀態。

  轉矩和轉速仿真波形由圖可以看到,當電機轉入制動狀態后,此時a相電流馬上發生變化,與電動狀態的電流方向相反,因而轉矩變為負值,使得電機迅速制動。


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